阮詩頌1，王淵（yuān）明2，裴永生（shēng）1

燕山大學車輛與能源學院，河北秦皇島066004；2·秦皇島煙草機械有限責任（rèn）公司，河北秦皇（huáng）島0660）

摘要：探索運用逆向工（gōng）程來構建（jiàn）三維（wéi）曲麵網狀衝壓件的（de）三維數學模型（xíng）。該方（fāng）法使用激光三坐標掃描（miáo）測量儀對三維曲（qǔ）麵網狀衝壓件進行非接（jiē）觸（chù）式測量，得到三維曲麵網狀衝（chōng）壓件的點雲數據，再（zài）運（yùn）用Geomagic對點雲完成數據擬合，得到三維曲麵網狀衝壓件的（de）數字化模型。

相比於以三坐標測量機(CMM)為代表的傳統測（cè）量（liàng）網（wǎng）狀衝壓件三維坐標的接觸式坐標測量方法（fǎ）存在（zài）的測量速度慢、測量精度不高（gāo）的不足，激（jī）光三坐（zuò）標掃描測量儀測量的速度更快，測（cè）量的精度更高。

且Geomagic對點雲完成數（shù）據擬合得到的數字（zì）化三維模型更貼合實際的模型，表明該方法切實可行。

關鍵詞：逆向工程；激光三坐標掃（sǎo）描；點（diǎn）雲數（shù）據擬合；網狀衝壓件；Geomagic

DOI：10· 13330/j· issn. 1000·3940· 2018· 02· 030 中圖（tú）分類號：TG301 文標識碼：A 文（wén）章編號：1傭0 ·3940（2018）024182 £4

Research on reverse modeling Of 3D curved mesh stamping part

Ruan Shisong，Wang Yuanmmg Pei Yongsheng

（I. College of Vehicles and Energy，Yanshan University，Qinhuangdao 0660，China；2．Qinhuangdao Tobacco Machinery Co.，Ltd.，Qinhuangdao 066004，China)

Abstract：The three-dimensional mathematical model of 3D mesh stamping part constructed by reverse engineering was explored. In this method the 3D mesh stampmg part was non-contact measured by laser three-coordinate scanning measuring instrument，and the point cloud data of 3D mesh stamping part was obtained. Then the data fitting for point cloud was completed by Geomagic，and the digital model for 3D mesh stampmg part was obtained. Compared to disadvantages of slow speed and poor accuracy of the traditional contact measurement for 3D mesh stamping parts，such “ the three-coordinate measurmg machine（CMM），the speed is faster and the precision is higher by the laser three-coordinate scanning measuring instrument. In addition，the digital 3D model data fitted by Geomagic is closer to the actual model which showes the feasibility of the proposed method．

Key words：reverse engmeenng；laser three-coordinate scanning；point cloud data fitting；mesh stamping part；Geomagic

隨著工業對複（fù）雜曲麵（miàn）設計要求的增加以及輕量化的（de）要求，有些薄板衝壓件開（kāi）始采用（yòng）網狀（zhuàng）衝（chōng）壓件，如圖1所示。

編（biān）輯

在構建網（wǎng）狀衝壓件數字化三維模型問題上，傳統的建模方（fāng）法已經不（bú）能滿足工（gōng）業（yè）設（shè）計的要（yào）求，因此逆向工程應運（yùn）而生。

逆向工程也（yě）稱反求工程，是根據實物模型測得的數據構造出數字化三維模型，繼而將這些模型和設計（jì）表征用於產品的分析和製造（zào），並且可（kě）以通過對重構模型特征參數的調整和修改來達到對（duì）實物模型的逼近或優化，以滿足展開研究，主要包括激光三坐標掃描（miáo）儀的掃描過（guò）程以及利用點雲數據對三維（wéi）曲麵網狀（zhuàng）衝壓件曲麵的擬合過程，最後得到合理的三維模型。

1激光（guāng）三坐標（biāo）掃（sǎo）描儀

傳統測量網狀衝壓件三維坐標的方法是以CMM 為代表的接觸（chù）式坐標測量儀，但是該設備測量速度漫，容易劃傷物體表麵並且存在接觸壓力和半徑補償等問（wèn）題。

三維激光掃描儀可以獲取實物模（mó）型的三維坐標信息而不用（yòng）接觸構件表麵，避免了在高精度後續的加工要求，其是從（cóng）數字化點（diǎn）的產生（shēng）到數（shù）字化三維模型的一個（gè）推理過程

因（yīn）此，發現（xiàn）本文針對曲麵（miàn）網狀衝壓件采（cǎi）用逆（nì）向建模的方法，就（jiù）非數字化的三維曲麵網狀衝壓件的（de）建模過程測量中測量力（lì）帶來的係統誤差和隨機誤（wù）差，且（qiě）可方便實現對（duì）軟質和超薄形物體表麵（miàn）形狀（zhuàng）的測量[ 3 ]。

激光三坐標掃描儀基（jī）於激光（guāng）的單色性、方向性、相幹性和高亮度等特征，在注重測（cè）量速度和（hé）操作簡便的同時保證了測量的綜合精度，是一個多技術集成的測量係統 。

產匕戶采用非接觸式主動測量的方式，主要采用脈衝測距（jù）法獲取被測物體表麵點集的坐標信息，最終模型（xíng）各點坐標信息以點雲的形（xíng）式呈現，從而為逆向處理軟件提供被測物體的點、線、麵以及體的三（sān）維坐標信息[ 5 ]。

三維（wéi）激光掃（sǎo）描儀通過內置伺服驅（qū）動馬達（dá）係統精密控製多麵掃描棱（léng）鏡的轉動，決定激光束（shù）出射方向，從而使脈（mò）衝激（jī）光束沿橫軸方向和縱軸方向快速掃描（miáo），能夠方便快捷地獲取被測件的點雲數據2激光三坐（zuò）標（biāo）掃描儀標定過程

編輯

2· 1標定前準備工作

相（xiàng）機參數標定（dìng）是整個掃描係統精度的基礎，在掃描係統（tǒng）安裝完成後，第1次掃描前必須進行標定（dìng）。另外，在掃描係統長時間（jiān）未使用或經過撞擊、振動等情況下也必須進行標定標（biāo）定步驟如（rú）下。

（1） 先（xiān）啟動專用計算機上的掃描係統，使（shǐ）掃描係統預熱（rè）5一10 min,確保掃描狀（zhuàng）態與標定狀態盡可（kě）能接近，之後啟動軟件係統（tǒng）。

（2） 相機參數調整。通過“調整相機參數"對話框中的曝光、增益與對比度來調整亮度，並觀察（chá）相機實時顯示（shì）區，以便（biàn）得到滿意的圖像質量。

（3） 調整掃描距離。打開標定界麵時，相機實時顯示（shì）區會顯示一個（gè）白色的“十（shí）"字，將相機（jī）實時顯示區劃分為2個等麵積的區域，這時光柵投射器會投出一個黑色的“十"字，這樣會在（zài）一個區域內出現兩個“十"字，將標定板放在（zài）視場中央，通過調（diào）整硬件係統（tǒng）的高度及俯仰角，盡量使這2個 “十（shí）"字重合。

（4） 調整（zhěng）標定板（bǎn）。根據界麵左上角的指示操作（zuò），開始（shǐ）標定。每個步驟都要注意左側標誌點提取顯示區，使（shǐ）板上的99個點均處於視場內，且至少88個點提取成功才能進（jìn）行標定操作（zuò）。

2· 2光柵（shān）投射器標定

光柵投射器（qì）標定（dìng）共分6個步驟完成。

（1） 標定板正對光柵投射器（qì）水平放置，放置方向為距離最近的並（bìng）使麵上有較近距離的2個白點的麵向上放置，將標定板距設備600 mm，點擊（jī）“標定操作"，完成第1步標定（dìng）。

（2） 將標定板距設備640 mm，點擊（jī）“標定操作"，完成第2步（bù）標定。

（3） 將標定板距設備560 mm,點擊“標定操作"，完成第（dì）3步標定。

（4） 標定板（bǎn）的放置方向水（shuǐ）平轉過90。，距離最近的2個相鄰大點（diǎn）一側向右放置（zhì），將標定（dìng）板距設備 600 mm,滿足條件後點擊“標定操作"，完（wán）成第4 步標定。

（5） 標定板（bǎn）的放置方向順時針轉過90。，距離最近的2個相鄰大點（diǎn）一側向下放置，將標定板距設備600 mm,滿足要求（qiú）後點擊“標定操作"，完成第（dì） 5步標定，標定板的放置方（fāng）向順時針轉過90。

距（jù）離最近的（de）兩個相鄰大點一側向左放（fàng）置，將標定板距設備600 mm,滿足條件後點擊（jī）“標定操作"，完成第6步標定。

2· 3相機標定步驟相機標定（dìng）共分4步完成。

（1） 標定板（bǎn）正對相機，標定板的放置方向為順時針旋轉90。，距（jù）離最近的2個相鄰大點一側向上（shàng）放置，將標（biāo）定板距設備600 mm,滿足條件後點擊 “標定操作"，完成第7步標（biāo）定。

（2） 標定板正對相機，標定板的放（fàng）置方向為順時針旋轉90。，距離最近的2個（gè）相鄰大點一側（cè）向右放置，將（jiāng）標定板距設備600 mm,滿足條件後點擊（jī） “標定操作"，完成第8步標定。

（3） 標定板正對相機，標定板的放置方向為順時（shí）針（zhēn）旋轉90。，距（jù）離最近的2個相鄰大點一側（cè）向下放置，將標定板距設備600 mm,滿（mǎn）足條件後點擊 “標定（dìng）操作"，完成第9步（bù）標定。

（4） 標定板正對相機（jī），標定板的放置方向為順時針旋轉90。，距離最近的2個相鄰大點一側向左放置，將標定板距設備600 mm,滿足條（tiáo）件後點擊 “標定操作"，完成第10步標（biāo）定。

完（wán）成光柵投射器和相機的標定後，軟件係統會自動（dòng）對采集（jí）到的圖像進行處理與計算，並在標定（dìng）信（xìn）顯示區給定標定結果（guǒ），自此，即完成了全部的標（biāo）定（dìng）工作

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